水下大型结构振动声辐射快速预报研究
发布时间：2022-01-08 18:18
潜艇辐射噪声是衡量其生存能力和作战性能的重要指标,是影响声隐身性能的主要因素。对水下结构的振动与声辐射进行预报,是减振降噪、声学优化设计的重要依据。因此,在保证预报准确性的同时,提高水下大型结构的预报计算效率,对潜艇声隐身技术的发展具有重要意义。本文以实现水下结构声辐射的快速预报为主要研究内容,针对经典声学边界元法在存在的特征频率处矩阵奇异的问题,提出了相应的改进方法;针对边界元法计算量和内存占用量大的问题,从近似的角度出发,提出了压缩边界元矩阵、提高求解速度的方法;针对有限元-边界元耦合矩阵数值特性复杂、求解困难的问题,提出了基于区域分解思想的快速求解方法。首先根据结构振动的频域方程与声辐射预报的边界元法,推导了自由场中结构振动声辐射的有限元-边界元方程。针对边界元法在特定频率下出现矩阵奇异的问题,提出了改进的CHIEF方法。该方法不仅解决了矩阵奇异问题,还克服了 CHIEF方法形成超定方程的缺点,使求解效率得到提高。将有限元-边界元法应用于水下典型球壳与圆柱壳的声辐射预报中,通过将计算结果与理论解、SYSNOISE软件计算结果对比,验证了方法的有效性,详细分析了改进CHIEF方法对...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１外场声辐射问题示意图??Ｆｉｇ?２．２?Ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ｓｏｕｎｄ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｐｒｏｂｌｅｍ??
可以直接通过上式求出域内任意一点的声压值。但由于边界上的声压值还不知道，因此，??在运用式（２－１０）求解场点声压时，须先求出边界上的声压值。为此，需要将Ｘ点移到振??动体表面上，以求出边界上的声压值。如图２．３所示，Ｘ为边界面５■上的某个源点。假??设振动体的边界面在Ｚ点处有唯一的法向向量，这样，我们可以通过在Ｆ内取一个半径??的半球面＾将义点包围起来的方法消除当时所发生的奇异性。得到：??＼｛ｐ｛ｙｙｄｎＧ｛ｘ＾ｙ）－Ｇ｛ｘ＾ｙｄｎＰ｛ｙ））ｄＳ｛ｙ）＾＾＾－?⑷”??Ｓ?２??将式（２－１１）中声压项和声压导数项分别移动到方程的两端，进行数值离散，记声压??１３??
图２．２有限元－边界元耦合计算程序流程图??Ｆｉｇ?２．２?Ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＦＥＭ－ＢＥＭ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｐｒｏｇｒａｍ??数值仿真与结果分析??由于本文提出的改进ＣＨＩＥＦ方法难以从理论角度证明，必须进行充分的数式加以验证，因此本节首先考察较为简单的均匀脉动球模型，分别采用普本文方法和解析法计算球体表面以及外场观察点处的声压频响曲线，并给出分析；进一步考虑双侧带球冠的圆柱壳模型，仍设定激励条件为法向振速均本文方法与商业软件ＳＹＳＮＯＩＳＥ分别计算结构表面与外场观察点处的声最后，为了验证本文所编写的有限元－边界元计算程序的正确性，考虑一个的有限长圆柱壳体，激励条件为单点谐和力，将自编程序的计算结果与ＳＹＳ结果进行对比，对误差进行分析。??本章计算程序主要采用Ｐｙｔｈｏｎ编程语言实现，对边界积分等运算密集的部ａｎ编程语言进行优化，计算环境为四核Ｉｎｔｅｌ?ＸｅｏｎＥ３－２３５０处理器，８Ｇｂ?ＲＡ统为ＣｅｎｔＯＳ?６．３。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]常规分裂和非分裂完全匹配层吸收边界比较研究[J]. 李佩笑,林伟军,张秀梅,王秀明. 声学学报. 2015(01)
[2]结构外声场的映射变阶波包络无限元法[J]. 苏楠,庞福振,姚熊亮. 船舶力学. 2014(07)
[3]基于声学无限元法的加筋圆柱壳声振特性研究[J]. 苏楠,庞福振,王毅娜,叶亚龙. 船海工程. 2014(02)
[4]基于映射声无限元法柱壳振动声辐射特性分析[J]. 田正东,苏楠,姚熊亮. 中国舰船研究. 2014(02)
[5]自适应交叉近似算法在矩量法中的应用[J]. 吴君辉,曹祥玉,袁浩波,封同安. 空军工程大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]水中有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素研究[J]. 廖长江,蒋伟康,王云,段浩. 振动与冲击. 2009(05)
[7]多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究[J]. 白振国,俞孟萨. 船舶力学. 2007(05)
[8]穿孔管阻性消声器消声性能计算及分析[J]. 季振林. 振动工程学报. 2005(04)
[9]高频随机响应分析中的一种有限元网格细化标准[J]. 王跃宇. 中国空间科学技术. 2005(05)
[10]直通穿孔管消声器声学性能计算及分析[J]. 季振林. 哈尔滨工程大学学报. 2005(03)
博士论文
[1]完善匹配层方法的稳定性分析[D]. 方能胜.厦门大学 2009
硕士论文
[1]基于自适应交叉近似算法快速分析理想导体电磁散射特性[D]. 陈磊.安徽大学 2013
[2]半空间环境中的自适应交叉近似方法研究[D]. 杨剑.西安电子科技大学 2013
[3]电磁场积分方程自适应交叉近似算法的研究[D]. 裴亚杰.南京邮电大学 2011
[4]双层壳体结构水下辐射声场数值预报方法研究[D]. 邹欢.哈尔滨工程大学 2010
[5]矩阵Schur补的性质及其应用[D]. 黄卫红.南京信息工程大学 2008
[6]合成绝缘子三维电场FEM-BEM迭代解法的研究[D]. 赵良.华北电力（北京）大学 2002
本文编号：3577047
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１外场声辐射问题示意图??Ｆｉｇ?２．２?Ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ｓｏｕｎｄ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｐｒｏｂｌｅｍ??
可以直接通过上式求出域内任意一点的声压值。但由于边界上的声压值还不知道，因此，??在运用式（２－１０）求解场点声压时，须先求出边界上的声压值。为此，需要将Ｘ点移到振??动体表面上，以求出边界上的声压值。如图２．３所示，Ｘ为边界面５■上的某个源点。假??设振动体的边界面在Ｚ点处有唯一的法向向量，这样，我们可以通过在Ｆ内取一个半径??的半球面＾将义点包围起来的方法消除当时所发生的奇异性。得到：??＼｛ｐ｛ｙｙｄｎＧ｛ｘ＾ｙ）－Ｇ｛ｘ＾ｙｄｎＰ｛ｙ））ｄＳ｛ｙ）＾＾＾－?⑷”??Ｓ?２??将式（２－１１）中声压项和声压导数项分别移动到方程的两端，进行数值离散，记声压??１３??
图２．２有限元－边界元耦合计算程序流程图??Ｆｉｇ?２．２?Ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＦＥＭ－ＢＥＭ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｐｒｏｇｒａｍ??数值仿真与结果分析??由于本文提出的改进ＣＨＩＥＦ方法难以从理论角度证明，必须进行充分的数式加以验证，因此本节首先考察较为简单的均匀脉动球模型，分别采用普本文方法和解析法计算球体表面以及外场观察点处的声压频响曲线，并给出分析；进一步考虑双侧带球冠的圆柱壳模型，仍设定激励条件为法向振速均本文方法与商业软件ＳＹＳＮＯＩＳＥ分别计算结构表面与外场观察点处的声最后，为了验证本文所编写的有限元－边界元计算程序的正确性，考虑一个的有限长圆柱壳体，激励条件为单点谐和力，将自编程序的计算结果与ＳＹＳ结果进行对比，对误差进行分析。??本章计算程序主要采用Ｐｙｔｈｏｎ编程语言实现，对边界积分等运算密集的部ａｎ编程语言进行优化，计算环境为四核Ｉｎｔｅｌ?ＸｅｏｎＥ３－２３５０处理器，８Ｇｂ?ＲＡ统为ＣｅｎｔＯＳ?６．３。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]常规分裂和非分裂完全匹配层吸收边界比较研究[J]. 李佩笑,林伟军,张秀梅,王秀明. 声学学报. 2015(01)
[2]结构外声场的映射变阶波包络无限元法[J]. 苏楠,庞福振,姚熊亮. 船舶力学. 2014(07)
[3]基于声学无限元法的加筋圆柱壳声振特性研究[J]. 苏楠,庞福振,王毅娜,叶亚龙. 船海工程. 2014(02)
[4]基于映射声无限元法柱壳振动声辐射特性分析[J]. 田正东,苏楠,姚熊亮. 中国舰船研究. 2014(02)
[5]自适应交叉近似算法在矩量法中的应用[J]. 吴君辉,曹祥玉,袁浩波,封同安. 空军工程大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]水中有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素研究[J]. 廖长江,蒋伟康,王云,段浩. 振动与冲击. 2009(05)
[7]多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究[J]. 白振国,俞孟萨. 船舶力学. 2007(05)
[8]穿孔管阻性消声器消声性能计算及分析[J]. 季振林. 振动工程学报. 2005(04)
[9]高频随机响应分析中的一种有限元网格细化标准[J]. 王跃宇. 中国空间科学技术. 2005(05)
[10]直通穿孔管消声器声学性能计算及分析[J]. 季振林. 哈尔滨工程大学学报. 2005(03)
博士论文
[1]完善匹配层方法的稳定性分析[D]. 方能胜.厦门大学 2009
硕士论文
[1]基于自适应交叉近似算法快速分析理想导体电磁散射特性[D]. 陈磊.安徽大学 2013
[2]半空间环境中的自适应交叉近似方法研究[D]. 杨剑.西安电子科技大学 2013
[3]电磁场积分方程自适应交叉近似算法的研究[D]. 裴亚杰.南京邮电大学 2011
[4]双层壳体结构水下辐射声场数值预报方法研究[D]. 邹欢.哈尔滨工程大学 2010
[5]矩阵Schur补的性质及其应用[D]. 黄卫红.南京信息工程大学 2008
[6]合成绝缘子三维电场FEM-BEM迭代解法的研究[D]. 赵良.华北电力（北京）大学 2002
本文编号：3577047
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3577047.html
